一种带激励源的低频噪声测试设备及方法与流程

1.本发明涉及低频噪声测量技术领域，具体地，涉及一种带激励源的低频噪声测试设备及方法。


背景技术：

2.现今超大规模集成电路高速发展，制造工艺不断进步，随着工艺的特征尺寸的减小，工作电压也逐渐的变小，噪声对器件的影响越发凸显，它会造成信号的失真，甚至误操作。事实上，以闪烁噪声(1/f噪声)为代表的低频噪声在振荡电路中扮演着重要的角色，低频的器件噪声会影响振荡器的频率。
3.因此准确的测试出闪烁噪声在工程和研究中变得日益重要。传统的低频噪声测试方式为每个端口加压，在漏极进行采集信号处理，无法获取特征频率下对低频噪声的影响，相应陷阱状态的噪声电流贡献较大，提高了1/f噪声的量级。


技术实现要素：

4.针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种带激励源的低频噪声测试设备及方法，可以准确获取特征激励频率下的低频噪声，减小相应陷阱状态的噪声电流贡献，从而达到降低1/f噪声量级的效果。
5.本发明提供的一种带激励源的低频噪声测试设备，包括动态激励源单元、金氧半场效晶体管、放大器单元和信号采集单元；所述动态激励源单元与所述金氧半场效晶体管的栅极电性连接，所述金氧半场效晶体管的漏极与所述放大器单元电性连接，所述放大器单元与所述信号采集单元电性连接。
6.进一步地，所述设备还包括直流输入和滤波单元，所述直流输入和滤波单元与所述动态激励源单元电性连接。
7.进一步地，所述动态激励单元产生方波信号。
8.进一步地，所述金氧半场效晶体管的所述漏极添加有偏置。
9.本发明还提供一种带激励源的低频噪声测试方法，包括：
10.动态激励源单元将产生的信号输入到金氧半场效晶体管的栅极；
11.所述金氧半场效晶体管的漏极收集所述信号；
12.所述信号由放大器单元进行放大，得到放大信号；
13.信号采集单元将所述放大信号进行信号采集处理。
14.进一步地，所述方法还包括：
15.直流输入和滤波单元进行直流偏置供电，并对直流偏置进行滤波处理；
16.滤波处理后的直流偏置输入所述动态激励源单元，使得所述动态激励源单元产生所述信号。
17.进一步地，所述信号为方波信号。
18.进一步地，所述金氧半场效晶体管的漏极收集所述信号，包括：
19.在所述金氧半场效晶体管的所述漏极添加偏置，再收集所述信号。
20.与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
21.本发明提供的带激励源的低频噪声测试设备及方法，该种带激励源的低频噪声测试设备，包括动态激励源单元、金氧半场效晶体管、放大器单元和信号采集单元；动态激励源单元与金氧半场效晶体管的栅极电性连接，金氧半场效晶体管的漏极与放大器单元电性连接，放大器单元与信号采集单元电性连接。该测试方法包括动态激励源单元将产生的信号输入到金氧半场效晶体管的栅极；金氧半场效晶体管的漏极收集信号；信号由放大器单元进行放大，得到放大信号；信号采集单元将放大信号进行信号采集处理。该技术方案可以准确获取特征激励频率下的低频噪声，减小相应陷阱状态的噪声电流贡献，从而达到降低1/f噪声量级的效果。
附图说明
22.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
23.图1为本发明实施例提供的一种带激励源的低频噪声测试设备的结构框图；
24.图2为本发明实施例提供的一种带激励源的低频噪声测试方法的电路原理图；
25.图3为本发明实施例提供的一种带激励源的低频噪声测试方法的电流走向示意图；
26.图4为本发明实施例提供的一种带激励源的低频噪声测试方法的测量原理图。
具体实施方式
27.下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
28.请参阅图1，其所示为本发明实施例提供的一种带激励源的低频噪声测试设备的结构框图；该测试设备包括直流输入和滤波单元、动态激励源单元、金氧半场效晶体管、放大器单元和信号采集单元；所述直流输入和滤波单元与所述动态激励源单元电性连接，所述动态激励源单元与所述金氧半场效晶体管的栅极电性连接，所述金氧半场效晶体管的漏极添加有偏置并与所述放大器单元电性连接，所述放大器单元与所述信号采集单元电性连接。
29.其中，所述动态激励单元产生方波信号。
30.在本实施例中，该测试设备通过直流输入和滤波单元、动态激励源单元、金氧半场效晶体管、放大器单元和信号采集单元，使得动态激励源单元产生的方波信号输入到金氧半场效晶体管的栅极，金氧半场效晶体管的漏极添加偏置并且收集方波信号，放大器单元将方波信号进行放大，最后由信号采集单元将放大后的信号进行信号采集处理。在该技术方案中，采用触发式快速精准测量的方法进行低频噪声的测量，准确获取了特征激励频率下的低频噪声，减小了相应陷阱状态的噪声电流贡献，降低了1/f噪声的量级。
31.本发明还提供一种带激励源的低频噪声测试方法，包括：
32.直流输入和滤波单元进行直流偏置供电，并对直流偏置进行滤波处理；
33.滤波处理后的直流偏置输入所述动态激励源单元；
34.动态激励源单元产生方波信号并输入到金氧半场效晶体管的栅极；
35.所述金氧半场效晶体管的漏极添加偏置，并收集所述方波信号；
36.所述方波信号由放大器单元进行放大，得到放大信号；
37.信号采集单元将所述放大信号进行信号采集处理。
38.其中，方波信号通过程序控制相应的开关，改变相应的阻容配置，实现动态可调。
39.请参阅图2，其所示为为本发明实施例提供的一种带激励源的低频噪声测试方法的电路原理图；该测试方法通过图2中的电路设计实现，具体的操作为：
40.直流偏置供电电压，该电压可以通过高分辨率的半导体参数分析仪提供，为整体测量提供不同偏置电压电流；
41.直流偏置电压需要精密滤波器，可以通过调制滤波电阻，来调节滤波效果，用来保证输入的直流电压，电流的噪声较低，以保证后面测量中，mosfet器件(金氧半场效晶体管)的噪声能够被放大器采集；
42.通过激励控制信号，控制激励方波信号的输出频率，输出占空比等，将此方波激励信号输出到mosfet器件的栅极。
43.等电路达到稳定状态后，控制信号会通过延时电路产生信号采集的触发信号，后端的数模信号采集模块会对漏极的信号，凭借触发信号进行采集；其中，稳定状态的条件为直流状态下的电流和噪声测量状态下的电流误差在2％以内；
44.经过方波激励单元模块和触发式的信号采集单元模块的配合工作，准确测量特征激励频率下的低频噪声。
45.请参阅图3，其所示为本发明实施例提供的一种带激励源的低频噪声测试方法的电流走向示意图；如图3所示，图2的电路原理图分为三个模块：
46.①
直流偏置输入和滤波单元模块，对输入起稳压降噪的作用；
47.②
激励源和触发源模块，产生激励源信号和采集触发信号；
48.③
放大器模块，对采集的噪声信号进行放大输出。
49.图中，箭头走向表征电流走向。
50.请参阅图4，其所示为本发明实施例提供的一种带激励源的低频噪声测试方法的测量原理图；如图4所述，该测试方法的测试原理为：
51.将所有开关断开；
52.通过直流偏置进行供电；
53.对直流偏置进行滤波，控制开关s1接地，等待稳定；
54.输出激励控制信号；
55.判断系统是否稳定；若直流状态下的电流和噪声测量状态下的电流误差在2％以内，则表征已稳定；若直流状态下的电流和噪声测量状态下的电流误差超过2％，则表征未稳定；
56.若系统已稳定，则发出采集触发信号，对放大器放大的信号进行采集，然后测量完成；若系统未稳定，则重新输出激励控制信号。
57.在本实施例中，通过采用触发式快速精准测量的方法进行低频噪声的测量，即通
过和方波激励源联动，产生精准的触发信号，通知adc采集卡进行采集，从而可以精准的采集到低频噪声的原始数据，达到了准确获取特征激励频率下的低频噪声，减小相应陷阱状态的噪声电流贡献，降低1/f噪声的量级的效果。
58.以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本技术的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

技术特征：
1.一种带激励源的低频噪声测试设备，其特征在于，包括动态激励源单元、金氧半场效晶体管、放大器单元和信号采集单元；所述动态激励源单元与所述金氧半场效晶体管的栅极电性连接，所述金氧半场效晶体管的漏极与所述放大器单元电性连接，所述放大器单元与所述信号采集单元电性连接。2.根据权利要求1所述的带激励源的低频噪声测试设备，其特征在于，所述设备还包括直流输入和滤波单元，所述直流输入和滤波单元与所述动态激励源单元电性连接。3.根据权利要求1所述的带激励源的低频噪声测试设备，其特征在于，所述动态激励单元产生方波信号。4.根据权利要求1所述的带激励源的低频噪声测试设备，其特征在于，所述金氧半场效晶体管的所述漏极添加有偏置。5.一种带激励源的低频噪声测试方法，其特征在于，包括：动态激励源单元将产生的信号输入到金氧半场效晶体管的栅极；所述金氧半场效晶体管的漏极收集所述信号；所述信号由放大器单元进行放大，得到放大信号；信号采集单元将所述放大信号进行信号采集处理。6.根据权利要求5所述的带激励源的低频噪声测试方法，其特征在于，所述方法还包括：直流输入和滤波单元进行直流偏置供电，并对直流偏置进行滤波处理；滤波处理后的直流偏置输入所述动态激励源单元，使得所述动态激励源单元产生所述信号。7.根据权利要求5所述的带激励源的低频噪声测试方法，其特征在于，所述信号为方波信号。8.根据权利要求5所述的带激励源的低频噪声测试方法，其特征在于，所述金氧半场效晶体管的漏极收集所述信号，包括：在所述金氧半场效晶体管的所述漏极添加偏置，再收集所述信号。

技术总结
本发明提供了一种带激励源的低频噪声测试设备及方法，该种带激励源的低频噪声测试设备，包括动态激励源单元、金氧半场效晶体管、放大器单元和信号采集单元；所述动态激励源单元与所述金氧半场效晶体管的栅极电性连接，所述金氧半场效晶体管的漏极与所述放大器单元电性连接，所述放大器单元与所述信号采集单元电性连接。该技术方案可以准确获取特征激励频率下的低频噪声，减小相应陷阱状态的噪声电流贡献，从而达到降低1/f噪声量级的效果。从而达到降低1/f噪声量级的效果。从而达到降低1/f噪声量级的效果。


技术研发人员：孙怀民 张冀昭
受保护的技术使用者：北京博达微科技有限公司
技术研发日：2022.12.31
技术公布日：2023/7/31